[发明专利]一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器

权利要求书

1.一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器，由主电流回路、电流转移支路、能量耗散支路、续流支路和在线监测系统控制系统组成，其中主电流回路，电流转移支路，能量耗散支路，续流支路并联之后，通过线端A1和A2引出，其特征在于：

(1)所述主电流回路高速机械开关高速开关断口两端和断路器出线端A1和A2直接相连；

(2)所述电流转移支路中：二极管D1反并联在全控型功率半导体器件T1两端，电容C和电阻R串联后，并联在T1两端；二极管D2反并联在全控型功率半导体器件T2两端，电容C和电阻R串联后，并联在T2两端，氧化锌避雷器分别并联在T1、T2两端，T1和T2反向串联构成固态开关组件，一个或多个固态开关组件与预充电电容串联构成电流转移支路，电流转移支路两端并联在主回路两端；

(3)所述能量耗散支路中：由避雷器(MOV)构成能量耗散支路，MOV1并联在T1两端，MOV2并联在T2两端；

(4)所述续流支路中：由半控型功率半导体器件T3和T4反并联构成续流支路，续流支路并联在主电流回路两端；

(5)所述在线监测系统测量流经所述出线端A1或A2的电流以及电流方向、流经所述主电流回路的电流、流经所述电流转移支路的电流、流经所述能量耗散支路的电流、所述高速机械开关两端的电压和所述高速机械开关的开关位移，当系统电流方向从A1到A2时，通过测量所述主电流回路的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关HSS和电流转移支路的功率半导体器件动作，当系统电流方向从A2到A1时，通过测量所述主电流回路的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关HSS和电流转移支路的功率半导体器件动作。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：

系统正常通流状态下，系统电流从所述主电流回路流过，高速机械开关承受额定通流，此时电流转移支路所有的功率半导体器件均未被触发，能量耗散支路导通阈值比系统电压低，没有电流流过；

当关断额定电流时，控制系统向高速机械开关HSS发出分闸动作指令，高速机械开关动作，然后依照传感器返回的信息，依照断路器电流的流向，控制系统按照特定的时序触发功率半导体器件，预充电电容放电，电流被强迫转移至电流转移支路，主回路电流过零后，触发续流支路导通进行续流，最后按照时序关断固态开关，电流转移至能量耗散支路，完成额定电流开断；

当发生短路故障时，控制系统发出分闸指令，控制系统向高速机械开关HSS发出分闸动作指令，高速机械开关动作，依照传感器返回的信息，依照断路器电流的流向，控制系统按照特定的时序触发电流转移支路的功率半导体器件导通，预充电电容放电，主回路电流被强迫换流至电流转移支路，主回路电流过零后，触发续流支路导通进行续流，之后按照时序关断固态开关，电流最终转移至能量耗散支路，完成电流强制过零，实现开断。

3.根据权利要求1所述的断路器，其所述在线监测系统特征包括：用于测量系统电流状态的电流传感器G0、用于测量主回路电流状态的电流传感器G1、用于测量电流转移支路电流状态电流传感器G2，用于测量过能量耗散支路电流状态电流传感器G3，用于测量高速机械开关HSS断口电压的电压传感器Vhss，用于测量高速机械开关运动状态的位移传感器Pd，以及相应信号调理电路的A/D转换模块、通信模块。

4.根据权利要求1所述的断路器，所述控制系统特征包括：人机交互模块，电流滤波处理模块，主回路电流di/dt计算模块，通信模块。

5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述高速机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。

6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述全控型功率半导体器件T1-T2，为单向导通的全控型器件，可以是以下器件的单个器件或是组合，IGBT、IGCT或IEGT，所述半控型功率半导体器件T3-T5，为单向导通的全半控型器件，如晶闸管。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的断路器，其特征在于：所述能量耗散支路包括但不限于以下器件的单个或者组合：有金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器、可卸式避雷器。